浅析电气主接线设计

浅析电气主接线设计发表时间：2014-12-15T09:44:30.280Z 来源：《科学与技术》2014年第10期下供稿作者：苏楠[导读] 明确电力负荷的等级根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，电力负荷分为三级。

贵阳铝镁设计研究院有限公司苏楠摘要：概述了电气主接线的基本概念，介绍了电气主接线的设计原则、基本要求和基本形式，论述了技术经济比较所涉及的内容。

关键词：主接线，原则，要求，形式，技术经济比较1.引言电气主接线是发电厂、变电所电气设计中的重要组成部分，也是电力系统中电能传递的重要环节。

电气主接线是指在电力系统中，把发电机、变压器、断路器和隔离开关等高压电气设备按照一定的要求和顺序连接，为满足电能输送及分配的要求而设计的，实现发电、变电、输配电任务的电路。

2.电气主接线设计的原则电气主接线设计的原则是以设计任务书为依据，以国家政策、电力行业的技术规范、标准为准绳，按照负荷性质、容量、地区供电条件，根据工程实际情况和发展规划，确定技术经济合理的设计方案。

为此，在进行电气主接线设计时，应遵循的原则如下。

2.1 明确电力负荷的等级根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，电力负荷分为三级。

每一级负荷对供电可靠性的要求不同，则变压器容量、台数以及出线回路数等配置就不一致。

因此，首先要明确电力负荷的等级，确认电力负荷在电力系统中的作用和地位，才能初步确定主接线的设计方案。

2.2 考虑近期和远期的发展关系电气主接线设计应考虑近期和远期的发展关系，做到远近期结合，以近期为主，适当考虑发展的可能，按照负荷的性质、用电容量、地区供电条件，合理确定电气主接线形式、电源进线的数量和出线回路数。

2.3 主变压器容量的选择如果主变压器的容量选择过大、台数过多，则会增加建设资金、占地面积、运行费用和检修工作量，不能充分发挥供电设备的经济效益；如果主变压器的容量选择过小、台数过少，则不具备可扩展性，无法满足今后的发展需要，影响供电的灵活性和可靠性。

因此，主变压器容量的选择除依据负荷计算外，还取决于主变压器的运行方式、负荷的增长速度等因素，其容量可按投运后5~10 年的预期负荷选择，并适当考虑到远期10～20 年的负荷发展。

2.4 主变压器的运行方式根据负荷等级对供电可靠性和灵活性的要求，存在多种主变压器的运行方式可供选择，例如：当配置一台主变压器时，该台主变压器独立运行，则应满足全部负荷的用电需求，并且留有15～25%的裕量；当配置两台及以上主变压器时，每台主变压器独立运行且互为备用，当断开一台时，其余主变压器的容量应能保证一、二级负荷的全部用电需求。

2.5 合理确定电压等级电压等级与用电负荷的大小、电源点至用电负荷的距离、用电设备的电压等级、用电负荷的分布情况以及地方电网可能供给的电压等因素有关，需经过多方案技术经济比较后，与电力部门共同协商确定。

3.电气主接线设计的基本要求3.1 安全性安全性是电气主接线基本要求的第一要素，是整个供电系统的核心。

因为只有在保证人身安全和设备安全的前提下，才能确保整个供电系统的正常运行。

否则，即使设备再先进也无法正常投入使用。

3.2 可靠性重要负荷的停电往往会给政治、经济上带来巨大的损失和影响，因此，供电可靠性是电气主接线的最基本要求，是满足各级电力负荷持续不间断供电的基本保障。

评价电气主接线可靠性的标志如下：（1）一级负荷应由两个电源供电，当一个电源因故障中断供电时，另一个电源不应同时受到损坏，并且对于特别重要的一级负荷还需增设应急电源。

二级负荷应由两回线路供电，做到当发生故障时，不致中断供电或中断后能够迅速恢复。

（2）母线或断路器故障、母线或隔离开关检修时，应尽量减少停电的回路数和停电时间，并保证对重要负荷的供电。

（3）优先选用经过长期实践考验的电气主接线形式，并选择使用可靠性高，性能先进的电气设备。

3.3 灵活性电气主接线系统无论是在正常运行中、发生事故时、需要检修时还是其他运行方式下，都应能灵活地投入和切除某些机组、变压器或线路，满足调度运行的要求，不影响电力系统的正常运行，不中断向用户的供电，达到分配电源和负荷的目的。

3.4 可扩展性根据发展的需要，在进行扩建时，可在预留的空间内进行设备的布置，并且在不影响连续供电或允许停电时间较短的情况下，对于投入的新机组、变压器或线路能够安全快速地与原有系统进行连接组网，满足扩建要求。

3.5 经济性电气主接线系统应在保证运行操作的方便以及满足技术条件的要求下，做到经济合理。

一般从以下三个方面考虑：（1）节省投资电气主接线的一次系统应力求简单，尽可能简化二次回路的继电保护系统，以此节省一次和二次设备的投资，并且采取限制短路电流的措施，以便选择分断能力较小的电气设备和截面较小的导体。

（2）节约用地同一电压等级下，选择不同的电气主接线方案，其占地面积有很大差别，应在保证技术要求和防火要求的前提下，充分利用地形地质紧凑合理的对主接线进行布置，并且应尽量不占或少占耕地。

（3）减少电能损耗首先，根据用电负荷的大小、等级和发展需要，合理选择变压器容量和台数，以实现其经济运行；其次，尽量缩短输电线路，减少线路损耗；最后，通过技术手段提高用电系统的功率因数，加强对电气设备、线路的维护和管理，降低电能损耗。

4.电气主接线的基本形式电气主接线的基本形式分为有汇流母线和无汇流母线两种，其中有汇流母线通常包括单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、单母线分段带旁路母线接线、一台半断路器接线等形式；无汇流母线通常包括桥型接线、多边形接线、线路变压器组接线等形式。

下面就几种常用的主接线形式分析如下。

4.1 单母线接线图1-单母线接线单母线接线如图1 所示，各电源回路和出线回路都连接于同一组汇流母线上，正常运行时，只有一路电源合闸送电，各出线回路根据运行要求进行合闸和分闸操作。

这种接线形式的优点是接线简单清晰、配置设备少、经济性好、操作方便，母线便于向两侧延伸，有利于扩建和采用成套配电装置。

缺点是供电可靠性差不灵活，当出线回路的断路器进行检修时，该回路需要停电。

当汇流母线或进线隔离开关故障或检修时，整个配电装置均需停电。

因此，单母线接线只适用于出线回路不多、容量小且对供电可靠性要求不高的场所。

4.2 单母线分段接线单母线分段接线如图2 所示，是在单母线接线的基础上，用断路器将汇流母线分成两段或两段以上的接线形式。

正常运行时可提供两种运行方式供用户选择，分别为：（1）当断路器QF1 和QF2 闭合时，母线联络断路器QF 断开，两段汇流母线分裂运行；（2）当断路器QF1 或QF2 闭合时，母线联络断路器QF 闭合，两段汇流母线并列运行。

针对上述两种运行方式，重要负荷可从不同母线段上分别引出回路向其供电，保证重要负荷的不间断供电。

这种接线形式具备单母线接线的优点，并弥补了供电可靠性差的不足，在一定程度上提高了供电的可靠性和灵活性，是目前中间变电所最常用的主接线形式。

4.3 双母线接线双母线接线如图3 所示，每个回路均通过一台断路器和两组隔离开关分别与两组汇流母线连接，并且两组汇流母线又通过母线联络断路器QF 相连。

正常运行时可提供三种运行方式供用户选择，分别为：（1）母联备自投方式，两组汇流母线分裂运行互为备用，母线联络断路器QF 断开；（2）进线备自投方式，一组汇流母线工作，另一组汇流母线处于热备用状态，母线联络断路器QF 闭合；（3）两组汇流母线同时工作并列运行，母线联络断路器QF 闭合。

双母线接线形式的优点是：（1）供电可靠。

通过对隔离开关的倒换操作，可以做到轮流检修一组汇流母线而不中断供电；一组汇流母线故障检修，各回路可切换到另一组汇流母线上，快速恢复供电；检修任一回路的隔离开关，只中断该回路供电。

（2）调度灵活。

电源回路和出线回路能够任意分配到两组汇流母线上，满足供电系统的各种调度运行的要求。

（3）扩建方便。

向汇流母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组汇流母线的负荷分配，也不会影响原有回路的供电。

缺点是：（1）隔离开关数量多，配电装置结构复杂，增加了投资和用地面积。

（2）电源回路或出线回路进行倒换汇流母线时，都要对隔离开关进行操作，较容易发生误动作，需在隔离开关与断路器之间配置连锁装置。

故与单母线分段接线相比，虽然投资多、接线复杂，但它的供电可靠性更高、调度更灵活。

因此，双母线接线主要应用于大、中型发电厂和变电所。

4.4 线路——变压器组接线线路——变压器组接线如图4 所示，电源进线回路和出线回路均通过线路进行连接，并且电源进线侧通过装设隔离开关QS、跌落式熔断器FU 或断路器QF 对变压器进行保护。

这种接线形式的优点是线路最简单、操作方便，使用设备少、占地小；缺点是供电可靠性差不灵活，任一设备故障或检修，均导致整个配电装置停电。

因此，线路——变压器组接线多用于二、三级负荷的线路终端的变电所。

5.电气主接线设计的技术经济比较电气主接线设计方案的技术比较应从以下几个方面考虑：（1）供电系统的安全性和可靠性；（2）调度运行管理的灵活性；（3）整个配电系统的占地情况；（4）是否具备施工的条件、是否满足建设进度的要求；（5）可扩展性等方面。

通过技术比较，将技术上欠合理的方案淘汰，然后再对余下较合理的方案进行经济比较，最终确定出最优方案。

经济比较的项目包括基建投资（电气、土建等专业投资）和年运行费用两项，其比较结果存在两种情况：（1）当只剩余两种较合理方案进行比较时，常出现一种方案的基建投资少、年运行费用多，而另一种方案的基建投资多、年运行费用少的情况，不便于直接进行比较，这时可采用计算折回年限的方法进行判断，当折回年限的计算值小于基准值（一般取3~5 年）时，应采用基建投资多的方案，当折回年限的计算值大于基准值时，应采用基建投资少的方案。

（2）当存在多种方案进行比较时，可根据折回年限的基准值来计算各种方案的计算费用，计算费用最小的方案，即为最经济方案，应被采用。

6.结束语由于电力系统自身的多样性和复杂性等特点，决定了我们不能教条的选择电气主接线方案，应根据设计任务书的要求，具体问题具体分析，深入研究各类电气主接线的优缺点，结合现场实际情况选择合理的、具有自身特色的电气主接线方案。

参考文献：[1]电力工程电气设计手册电气一次部分[M]. 北京：中国电力出版社，1989，12[2]钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1996，1[3]工业与民用配电设计手册[M].第三版北京：中国电力出版社，2005，10。